JP2022157287A - Electric power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、航空機のロータを回転させるための電気コンポーネントに電力を供給する電力供給システムに関する。 The present invention relates to power supply systems for powering electrical components for rotating aircraft rotors.
特許文献1には、電動垂直離着陸機(eVTOL機)と称される航空機が示される。この航空機は、複数の離着陸用ロータ(VTOLロータという)と、複数の巡航用ロータ(クルーズロータという)と、を備える。各ロータは、電動モータに接続される。電動モータは、駆動回路(インバータ等)を介して電源に接続される。 Patent Document 1 shows an aircraft called an electric vertical take-off and landing (eVTOL) aircraft. This aircraft includes a plurality of rotors for takeoff and landing (referred to as VTOL rotors) and a plurality of rotors for cruise (referred to as cruise rotors). Each rotor is connected to an electric motor. The electric motor is connected to a power source via a drive circuit (inverter, etc.).
特許文献1には、電動モータ、駆動回路等の電気コンポーネントを有するコンポーネント群の詳細が開示されていない。仮に、1つの電動モータに対して1つの電源を設けると、電動モータの数だけ電源及び配線が必要となる。このため、電源及び配線の総重量が重くなる。対して、複数の電動モータに対して1つの電源を設けることで、電源及び配線の総重量は軽くなる。この場合、複数のコンポーネント群を適切に組み合わせたうえで、1つの電源に対して接続することが望ましい。 Patent Document 1 does not disclose details of a group of components including electrical components such as an electric motor and a drive circuit. If one power supply were provided for one electric motor, power supplies and wiring would be required for the number of electric motors. Therefore, the total weight of the power supply and wiring is increased. On the other hand, by providing one power supply for a plurality of electric motors, the total weight of the power supply and wiring can be reduced. In this case, it is desirable to appropriately combine a plurality of component groups and connect them to one power source.
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、1つの電源に対して接続される複数のコンポーネント群を適切に組み合わせた電力供給システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of such problems, and an object of the present invention is to provide a power supply system in which a plurality of component groups connected to a single power supply are appropriately combined.
本発明の第1の態様は、
航空機の揚力と推力の少なくとも一方を発生させるロータと、
前記ロータを回転させる複数の電気コンポーネントからなるコンポーネント群と、
複数の前記電気コンポーネントに電力を供給するバッテリと、
を備える電力供給システムであって、
前記ロータとして、前記航空機の垂直方向の移動時に揚力を発生させるVTOLロータと、前記航空機の水平方向の移動時に推力を発生させるクルーズロータと、を有し、
前記コンポーネント群として、前記VTOLロータに対応するVTOLコンポーネント群と、前記クルーズロータに対応するクルーズコンポーネント群と、を有し、
前記VTOLコンポーネント群と前記クルーズコンポーネント群は、同じ前記バッテリから電力を供給される。
A first aspect of the present invention is
a rotor that generates at least one of lift and thrust for the aircraft;
a component group consisting of a plurality of electrical components for rotating the rotor;
a battery that powers a plurality of said electrical components;
A power supply system comprising
The rotors include a VTOL rotor that generates lift when the aircraft moves in the vertical direction, and a cruise rotor that generates thrust when the aircraft moves in the horizontal direction,
The component group includes a VTOL component group corresponding to the VTOL rotor and a cruise component group corresponding to the cruise rotor,
The VTOL components and the cruise components are powered by the same battery.
本発明の第2の態様は、
航空機の揚力と推力の少なくとも一方を発生させるロータと、
前記ロータを回転させる複数の電気コンポーネントからなるコンポーネント群と、
複数の前記電気コンポーネントに電力を供給するバッテリと、
を備える電力供給システムであって、
前記ロータとして、前記航空機の垂直方向の移動時に揚力を発生させ且つ互いに反力を打ち消しあう2つの第1VTOLロータ及び2つの第2VTOLロータと、前記航空機の水平方向の移動時に推力を発生させる第1クルーズロータ及び第2クルーズロータと、を有し、
前記コンポーネント群として、2つの前記第1VTOLロータに対応する2つの第1VTOLコンポーネント群と、2つの前記第2VTOLロータに対応する2つの第2VTOLコンポーネント群と、前記第1クルーズロータに対応する第1クルーズコンポーネント群と、前記第2クルーズロータに対応する第2クルーズコンポーネント群と、を有し、
前記バッテリとして、第1バッテリと、第2バッテリと、を有し、
2つの前記第1VTOLコンポーネント群と前記第1クルーズコンポーネント群は、前記第1バッテリから電力を供給され、2つの前記第2VTOLコンポーネント群と前記第2クルーズコンポーネント群は、前記第2バッテリから電力を供給される。
A second aspect of the present invention is
a rotor that generates at least one of lift and thrust for the aircraft;
a component group consisting of a plurality of electrical components for rotating the rotor;
a battery that powers a plurality of said electrical components;
A power supply system comprising
As the rotors, there are two first VTOL rotors and two second VTOL rotors that generate lift when the aircraft moves vertically and counteract each other's reaction forces, and a first VTOL rotor that generates thrust when the aircraft moves horizontally. a cruise rotor and a second cruise rotor;
The component groups include two first VTOL component groups corresponding to the two first VTOL rotors, two second VTOL component groups corresponding to the two second VTOL rotors, and a first cruise rotor corresponding to the first cruise rotor. a component group and a second cruise component group corresponding to the second cruise rotor;
having a first battery and a second battery as the batteries,
Two of the first VTOL component groups and the first cruise component group are powered by the first battery, and two of the second VTOL component groups and the second cruise component group are powered by the second battery. be done.
本発明によれば、1つの電源に対して接続される複数のコンポーネント群を適切に組み合わせることができる。 According to the present invention, it is possible to appropriately combine multiple component groups connected to one power supply.
以下、本発明に係る電力供給システムについて、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A power supply system according to the present invention will be described in detail below with reference to preferred embodiments and with reference to the accompanying drawings.
[1 航空機10の構成]
図1を用いて航空機10の構成を説明する。本実施形態では、航空機10として、駆動源を電動モータ26(図2)とするロータで揚力及び推力を発生させる電動垂直離着陸機(eVTOL機)を想定する。更に、本実施形態では、航空機10として、ハイブリッド航空機を想定する。ハイブリッド航空機は、バッテリ32(図2)から供給される電力で電動モータ26を動作させることができ、モータジェネレータ42(図3)から供給される電力で電動モータ26を動作させることができる。また、ハイブリッド航空機は、バッテリ32を充電することができる。
[1 Configuration of Aircraft 10]
The configuration of the
航空機10は、胴体12と、前翼14と、後翼16と、2つのブーム18と、8つのVTOLロータ20と、2つのクルーズロータ22と、を備える。
前翼14は、胴体12の前部に接続され、航空機10が前方へ移動するときに揚力を発生させるように構成される。後翼16は、胴体12の後部に接続され、航空機10が前方へ移動するときに揚力を発生させるように構成される。
A
2つのブーム18は、胴体12の右方に配置される右側のブーム18Rと、胴体12の左方に配置される左側のブーム18Lと、からなる。2つのブーム18は、前翼14及び後翼16に接続され、前翼14及び後翼16を介して胴体12に接続される。ブーム18R及びブーム18Lは、ともに4つのVTOLロータ20を支持する。
The two
VTOLロータ20は、航空機10の垂直離陸時、垂直離陸から巡航への移行時、巡航から垂直着陸への移行時、垂直着陸時、及び、停止飛行時に使用される。VTOLロータ20の回転軸は上下方向と平行になるように配置される。VTOLロータ20は、回転軸を中心にして回転して揚力を発生させる。
The
8つのVTOLロータ20は、胴体12の右方に配置される4つのVTOLロータ20Ra~20Rdと、胴体12の左方に配置される4つのVTOLロータ20La~20Ldと、からなる。右側のVTOLロータ20Ra~20Rdは、ブーム18Rによって支持される。右側のVTOLロータ20Ra~20Rdは、前から後に向かってVTOLロータ20Ra、VTOLロータ20Rb、VTOLロータ20Rc、VTOLロータ20Rdの順で配置される。左側のVTOLロータ20La~20Ldは、ブーム18Lによって支持される。左側のVTOLロータ20La~20Ldは、前から後に向かってVTOLロータ20La、VTOLロータ20Lb、VTOLロータ20Lc、VTOLロータ20Ldの順で配置される。右側のVTOLロータ20Ra~20Rdと左側のVTOLロータ20La~20Ldは、胴体12の中心軸線Aを含む垂直平面を中心にして左右対称に配置される。なお、右側のVTOLロータ20Ra~20Rdと左側のVTOLロータ20La~20Ldは、機体の重心Gに対して点対称になるように配置されていても良い。
The eight
クルーズロータ22は、航空機10の巡航時、垂直離陸から巡航への移行時、及び、巡航から垂直着陸への移行時に使用される。クルーズロータ22の回転軸は前後方向と平行になるように配置される。クルーズロータ22は、回転軸を中心にして回転して推力を発生させる。
The
2つのクルーズロータ22は、胴体12の右側に配置されるクルーズロータ22Rと、胴体12の左側に配置されるクルーズロータ22Lと、からなる。2つのクルーズロータ22は、胴体12によって支持される。2つのクルーズロータ22は、胴体12の中心軸線Aを含む垂直平面を中心にして左右対称に配置される。
The two
航空機10は、VTOLロータ20及びクルーズロータ22を回転させるための駆動機構(不図示)及び電力供給システム23(図2及び図3)を有する。
[2 電力供給システム23の構成]
図2及び図3を用いて電力供給システム23の構成を説明する。図2で示されるように、各々のVTOLロータ20に対しては、1組のコンポーネント群24が設けられる。各々のクルーズロータ22に対しては、2組のコンポーネント群24が設けられる。図2及び図3で示される電力供給システム23は、12組のコンポーネント群24を有する。また、この電力供給システム23は、3組のコンポーネント群24と1つのバッテリ32を1グループとする4つのグループ(第1グループG1~第4グループG4)を有する。各々のコンポーネント群24は、複数の電気コンポーネント、ここでは電動モータ26と、インバータ28(INV)と、第1平滑コンデンサ30と、を含む。電動モータ26は、インバータ28と第1平滑コンデンサ30を介してバッテリ32に接続される。
[2 Configuration of power supply system 23]
The configuration of the
電動モータ26は、三相モータである。電動モータ26の出力軸は、対応するロータ(VTOLロータ20又はクルーズロータ22)の回転軸に連結される。インバータ28は、IGBT等の複数のスイッチング素子を有する。インバータ28の一次側端子は、第1平滑コンデンサ30及びバッテリ32に接続される。インバータ28の二次側端子は、電動モータ26に接続される。インバータ28は、一次側端子に入力された直流の電力を三相交流の電力に変換して二次側端子から出力する。以上の構成により、各々の電動モータ26は、バッテリ32から供給される電力によって動作する。
The
図3で示されるように、インバータ28の一次側端子、第1平滑コンデンサ30及び各々のバッテリ32(32a~32d)は、スイッチ36と、第2平滑コンデンサ38と、パワーコントロールユニット40(PCU40)を介してモータジェネレータ42に接続される。
As shown in FIG. 3, the primary terminals of the
モータジェネレータ42は、三相モータとして機能するとともに、三相発電機としても機能する。モータジェネレータ42の回転軸は、エンジン44(ENG)の出力軸に連結される。PCU40は、インバータ回路を有する。PCU40の一次側端子は、モータジェネレータ42に接続される。PCU40の二次側端子は、第2平滑コンデンサ38に接続される。更にPCU40の二次側端子は、スイッチ36を介してバッテリ32及びインバータ28の一次側端子に接続される。PCU40は、一次側端子に入力された三相交流の電力をインバータ回路で直流電力に変換して二次側端子から出力する。また、PCU40は、二次側端子に入力された直流の電力をインバータ回路で三相交流の電力に変換して一次側端子から出力する。スイッチ36は、IGBT等のスイッチング素子とダイオードとで構成される。スイッチ36は、PCU40側からバッテリ32側への電力の供給を常時許容し、バッテリ32側からPCU40側への電力の供給をオン操作時に許容するように配置される。以上の構成により、モータジェネレータ42は、発電した電力をバッテリ32及びインバータ28に出力し得る。また、モータジェネレータ42は、スイッチ36がオンの場合に、バッテリ32から供給される電力によって動作して、エンジン44を起動し得る。エンジン44としては、レシプロエンジン及びガスタービンエンジン等の周知の内燃機関を使用可能である。なお、PCU40は、DC/DCコンバータ回路を有していても良い。
The
なお、図2及び図3は、電力供給システム23を簡略化して示している。電力供給システム23は、他の電気コンポーネントも含んでいる。図示されない電気コンポーネントとしては、例えば、電動モータ26以外の電気的負荷、抵抗、コイル、コンデンサ、各種センサ類、ヒューズ、リレー、ブレーカ等がある。
2 and 3 show the
図4に示されるように、航空機10には、コントローラ48が設けられる。コントローラ48は、例えば、CPU等のプロセッサ、又は、ASIC、FPGA等の集積回路によって構成される。例えば、プロセッサはメモリに記憶されるプログラムを実行することによって各種機能を実現する。コントローラ48は、各々のインバータ28のスイッチング素子と、各々のスイッチ36のスイッチング素子と、パワーコントロールユニット40のスイッチング素子に制御信号を出力し、各々のスイッチング素子の動作を制御する。
As shown in FIG. 4,
[3 電力供給システム23の動作]
図2及び図3を用いて電力供給システム23の動作を説明する。航空機10の始動時、コントローラ48は、乗員の操作に応じて、少なくとも1つのスイッチ36をオンにするとともに、PCU40の各々のスイッチング素子の動作を制御する。すると、少なくとも1つのバッテリ32(32a~32d)からモータジェネレータ42にPCU40を介して電力が供給される。このとき、PCU40は、バッテリ32から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ42に出力する。電力が供給されることによってモータジェネレータ42は動作し、エンジン44を起動する。
[3 Operation of power supply system 23]
The operation of the
エンジン44の起動後、エンジン44の動作によってモータジェネレータ42は発電する。この状態で、モータジェネレータ42から各々のグループのバッテリ32及びコンポーネント群24にPCU40を介して電力が供給され得る。このとき、PCU40は、モータジェネレータ42が発電する交流電力を直流電力に変換して各々のバッテリ32及びコンポーネント群24に出力する。インバータ28は、PCU40から出力される直流電力又はバッテリ32から供給される直流電力を交流電力に変換して電動モータ26に出力する。電力が供給されることによって電動モータ26は動作し、ロータ(VTOLロータ20又はクルーズロータ22)は回転する。
After the
バッテリ32の電力で電動モータ26を回転させる場合、基本的には各々のスイッチ36のスイッチング素子はオフにされている。このため、1つのグループのバッテリ32から他のグループのコンポーネント群24に電力が供給されることはない。しかし、スイッチ36のスイッチング素子をオンにして、1つのグループのバッテリ32から他のグループのコンポーネント群24に電力を供給することも可能である。
When the
[4 コンポーネント群24とバッテリ32のグループ分けの一例]
図2及び図3で示されるように、電力供給システム23において、複数のコンポーネント群24と複数のバッテリ32は、3つのコンポーネント群24と1つのバッテリ32とを含む4つのグループ(第1グループG1~第4グループG4)にグループ分けされている。同一グループ内の複数のコンポーネント群24は、同一グループ内の1つのバッテリ32から電力を供給される。なお、ここでいう1つのバッテリ32は、1つのバッテリモジュール、又は、複数のバッテリモジュールから構成される。各々のグループのバッテリ32は、他のグループのバッテリ32から独立している。
[4 Example of grouping of
As shown in FIGS. 2 and 3, in the
第1グループG1は、VTOLロータ20Raに対応するコンポーネント群24Raと、VTOLロータ20Ldに対応するコンポーネント群24Ldと、クルーズロータ22Rに対応するコンポーネント群24R1と、バッテリ32aと、を含む。第1グループG1の各々の電気コンポーネントは、配線34aで接続される。
The first group G1 includes a component group 24Ra corresponding to the VTOL rotor 20Ra, a component group 24Ld corresponding to the VTOL rotor 20Ld, a component group 24R1 corresponding to the
第2グループG2は、VTOLロータ20Laに対応するコンポーネント群24Laと、VTOLロータ20Rdに対応するコンポーネント群24Rdと、クルーズロータ22Lに対応するコンポーネント群24L1と、バッテリ32bと、を含む。第2グループG2の各々の電気コンポーネントは、配線34bで接続される。
The second group G2 includes a component group 24La corresponding to the VTOL rotor 20La, a component group 24Rd corresponding to the VTOL rotor 20Rd, a component group 24L1 corresponding to the
第3グループG3は、VTOLロータ20Rbに対応するコンポーネント群24Rbと、VTOLロータ20Lcに対応するコンポーネント群24Lcと、クルーズロータ22Rに対応するコンポーネント群24R2と、バッテリ32cと、を含む。第3グループG3の各々の電気コンポーネントは、配線34cで接続される。
The third group G3 includes a component group 24Rb corresponding to the VTOL rotor 20Rb, a component group 24Lc corresponding to the VTOL rotor 20Lc, a component group 24R2 corresponding to the
第4グループG4は、VTOLロータ20Lbに対応するコンポーネント群24Lbと、VTOLロータ20Rcに対応するコンポーネント群24Rcと、クルーズロータ22Lに対応するコンポーネント群24L2と、バッテリ32dと、を含む。第4グループG4の各々の電気コンポーネントは、配線34dで接続される。
A fourth group G4 includes a component group 24Lb corresponding to the VTOL rotor 20Lb, a component group 24Rc corresponding to the VTOL rotor 20Rc, a component group 24L2 corresponding to the
冗長化のために、コンポーネント群24R1の電動モータ26と、コンポーネント群24R2の電動モータ26は、同一のクルーズロータ22Rに接続される。通常は、コンポーネント群24R1、24R2が共にクルーズロータ22Rを回転させるために使用される。そして、一方のコンポーネント群24が故障した場合に、他方のコンポーネント群24がクルーズロータ22Rを回転させるために使用される。同様に、コンポーネント群24L1の電動モータ26と、コンポーネント群24L2の電動モータ26は、同一のクルーズロータ22Lに接続される。
For redundancy, the
[4.1 グループ分けの理由(1)]
バッテリ32の削減という観点では、1つのバッテリ32を全てのコンポーネント群24で共用することが考えられる。しかし、この場合は、大容量のバッテリ32が必要となる等、他の問題が発生する。このため、バッテリ32をある程度分けた方が好ましい。更に、コンポーネント群24とバッテリ32を効率的に組み合わせることが好ましい。本実施形態では、次の理由から複数のコンポーネント群24と複数のバッテリ32とが4つのグループ(第1グループG1~第4グループG4)に分けられている。
[4.1 Reason for Grouping (1)]
From the viewpoint of reducing the number of
図1で示されるように、本実施形態においては、重心Gを中心にして互いに対称となる位置に配置される2つのVTOLロータ20は、互いに回転方向が逆である。例えば、右側のVTOLロータ20Raの回転方向はR1である。この回転方向は、VTOLロータ20Raと対をなす左側のVTOLロータ20Ldの回転方向(R2)と逆である。また、左側のVTOLロータ20Laの回転方向はR2である。この回転方向は、VTOLロータ20Laと対をなす右側のVTOLロータ20Rdの回転方向(R1)と逆である。また、右側のVTOLロータ20Rbの回転方向はR2である。この回転方向は、VTOLロータ20Rbと対をなす左側のVTOLロータ20Lcの回転方向(R1)と逆である。また、左側のVTOLロータ20Lbの回転方向はR1である。この回転方向は、VTOLロータ20Lbと対をなす右側のVTOLロータ20Rcの回転方向(R2)と逆である。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the two
VTOLロータ20が回転すると、ロータブレードによって推力及び反力(トルク反力)が生成される。上記のように、対をなす2つのVTOLロータ20を互いに逆方向に回転させることで、機体に発生する反力を打ち消すことができる。
As the
例えば、1つのVTOLロータ20に関連する電気系統又は機械系統が故障すると、そのVTOLロータ20は停止する。この場合、停止したVTOLロータ20と対をなす他のVTOLロータ20を回転させたままにすると、他のVTOLロータ20が発生させる反力が打ち消されずに機体に作用する。すると、機体にヨーモーメントが発生する。また、停止したVTOLロータ20と対をなす他のVTOLロータ20を回転させたままにすると、左右のVTOLロータ20の推力のバランスが崩れる。すると、機体にロールモーメントとピッチングモーメントが発生する。このような事態を避けるために、対をなす一方のVTOLロータ20が故障等で停止した場合は、他方のVTOLロータ20を停止させる必要がある。このようにすることで、反力(トルク反力)のバランスが崩れることに起因するヨーモーメント、及び、推力のバランスが崩れることに起因するロールモーメントとピッチングモーメントを抑制することができる。
For example, if the electrical or mechanical system associated with one
このようなことから、複数のコンポーネント群24でバッテリ32を共用する場合には、対をなす2つのVTOLロータ20に対応する2つのコンポーネント群24でバッテリ32を共用することが効率的である。従って、本実施形態では、対をなす2つのVTOLロータ20に対応する2つのコンポーネント群24と、1つのバッテリ32と、が同一グループにまとめられている。
For this reason, when the
なお、互いに反力を打ち消し合う2つのVTOLロータ20は、上記例とは別の組み合わせであっても良い。例えば、VTOLロータ20RaとVTOLロータ20Laのように、左右に隣り合う2つのVTOLロータ20が対をなしていても良い。また、VTOLロータ20RaとVTOLロータ20Rcのように、1つのVTOLロータ20を挟んで前後に並ぶ2つのVTOLロータ20が対をなしていても良い。他に、回転方向が互いに逆方向となる2つのVTOLロータ20が対をなしていても良い。なお、上記思想に基づいて、図1で示されるVTOLロータ20以外のロータに対しても、各ロータの回転方向を設定することによって、対となるロータの組み合わせを設定することが可能である。
It should be noted that the two
[4.2 グループ分けの理由(2)]
図5で示される横軸は、航空機10の飛行時間[s]である。図5で示される縦軸は、バッテリ32又はモータジェネレータ42からインバータ28に入力される電力[W]である。
[4.2 Reason for grouping (2)]
The horizontal axis shown in FIG. 5 is the flight time [s] of the
図5では3つの電力の時間経過に伴う変化が第1推移50~第3推移54として示される。第1推移50は、2つのVTOLロータ20に対応する2つのインバータ28の入力電力の推移を示す。2つのVTOLロータ20というのは、対をなす2つのVTOLロータ20である(上記[4.1]参照)。第2推移52は、1つのクルーズロータ22に対応する1つのインバータ28の入力電力の推移を示す。第3推移54は、第1推移50の入力電力と第2推移52の入力電力の合計値の推移を示す。
In FIG. 5, three power changes over time are shown as a
時点t1~時点t2の飛行状態は垂直離陸である。この時間帯では、基本的に、VTOLロータ20が使用され、クルーズロータ22は使用されない。このため、第1推移50で示されるように、VTOLロータ20に対応するインバータ28の入力電力は大きい。一方、第2推移52で示されるように、クルーズロータ22に対応するインバータ28の入力電力は小さい。
The flight state from time t1 to time t2 is vertical takeoff. During this time period, basically the
時点t2~時点t3の飛行状態は垂直離陸から巡航への移行である。この時間帯では、基本的に、VTOLロータ20の使用率が徐々に減らされ、クルーズロータ22の使用率が徐々に増やされる。このため、第1推移50で示されるように、VTOLロータ20に対応するインバータ28の入力電力は徐々に小さくなる。一方、第2推移52で示されるように、クルーズロータ22に対応するインバータ28の入力電力は徐々に大きくなる。
The flight state from time t2 to time t3 is a transition from vertical takeoff to cruising. During this time period, basically, the usage rate of the
時点t3以降の飛行状態は巡航である。この時間帯では、基本的に、クルーズロータ22が使用され、VTOLロータ20は使用されないか又は若干使用される程度である。このため、第2推移52で示されるように、クルーズロータ22に対応するインバータ28の入力電力は大きい。一方、第1推移50で示されるように、VTOLロータ20に対応するインバータ28の入力電力は小さい。
The flight state after time t3 is cruising. During this time period, basically the
なお、図6で示されるように、垂直離陸時に必要な揚力は、VTOLロータ20の回転によって得られる(ロータリフト)。一方、垂直離陸から巡航への移行時に必要な揚力は、VTOLロータ20の回転によって得られるとともに、翼(前翼14及び後翼16)によって得られる。翼によって得られる揚力(ウイングリフト)は、移動速度の増加に伴い大きくなる。巡航時に必要な揚力は、翼によって得られる。VTOLロータ20の回転で揚力を発生させる垂直離陸時(及び垂直着陸時)に、VTOLロータ20に対応するインバータ28の入力電力は大きい。一方、翼で揚力を発生させる巡航時に、VTOLロータ20に対応するインバータ28の入力電力は比較的小さい。
Incidentally, as shown in FIG. 6, the lift necessary for vertical takeoff is obtained by the rotation of the VTOL rotor 20 (rotor lift). On the other hand, the lift required during the transition from vertical takeoff to cruising is provided by the rotation of the
航空機10の離陸から巡航までの間(時点t1~時点t3)及び巡航している間(時点t3以降)、第3推移54の最大値は、第1推移50の最大値及び第2推移52の最大値と大きな差はない。つまり、1つのバッテリ32を、2つのVTOLロータ20に対応する2つのコンポーネント群24と、1つのクルーズロータ22に対応する1つのコンポーネント群24と、で共用することができる。こうしたことから、本実施形態では、対をなす2つのVTOLロータ20に対応する2つのコンポーネント群24と、1つのクルーズロータ22に対応する1つのコンポーネント群24と、1つのバッテリ32と、が同一グループにまとめられている。
Between takeoff and cruise of aircraft 10 (time t1 to time t3) and while cruising (after time t3), the maximum value of
[4.3 クルーズロータ22のコンポーネント群24の組み合わせ方]
各グループは、対をなす2つのVTOLロータ20に対応する2つのコンポーネント群24と、1つのクルーズロータ22に対応するコンポーネント群24と、の組み合わせによって構成される。クルーズロータ22は、左右に1つずつ設けられている。各グループにおいて、クルーズロータ22Rに対応するコンポーネント群24R1、24R2と、クルーズロータ22Lに対応するコンポーネント群24L1、24L2のいずれを組み合わせるかは、次の考え方で決められている。
[4.3 How to combine the
Each group is composed of a combination of two
対をなす2つのVTOLロータ20のうち、一方のVTOLロータ20から右側のクルーズロータ22Rまでの長さと、他方のVTOLロータ20から右側のクルーズロータ22Rまでの長さと、の差をD1とする。また、一方のVTOLロータ20から左側のクルーズロータ22Lまでの長さと、他方のVTOLロータ20から左側のクルーズロータ22Lまでの長さと、の差をD2とする。各グループでは、差が小さくなる組み合わせが採用されている。
Let D1 be the difference between the length from one
例えば、第1グループG1で説明する。VTOLロータ20Raから右側のクルーズロータ22Rまでの長さと、VTOLロータ20Ldから右側のクルーズロータ22Rまでの長さと、の差をD1とする。一方、VTOLロータ20Raから左側のクルーズロータ22Lまでの長さと、VTOLロータ20Ldから左側のクルーズロータ22Lまでの長さと、の差をD2とする。D1はD2よりも小さい。従って、第1グループG1は、コンポーネント群24Raと、コンポーネント群24Ldと、コンポーネント群24R1と、の組み合わせによって構成される。他のグループも同じである。このようにすることで、同一グループ内で2つのコンポーネント群24の距離の偏りが少なくなる。
For example, the first group G1 will be described. Let D1 be the difference between the length from the VTOL rotor 20Ra to the
[4.4 バッテリ32の位置]
バッテリ32は、配線34の長さが最小となるように配置される。例えば第1グループG1で説明する。バッテリ32aから一方のVTOLロータ20Raを回転させる電動モータ26までの配線34aの長さをL1とする。バッテリ32aから他方のVTOLロータ20Ldを回転させる電動モータ26までの配線34aの長さをL2とする。バッテリ32aからクルーズロータ22Rを回転させる電動モータ26までの配線34aの長さをL3とする。この場合、バッテリ32aは、長さの合計値L1+L2+L3が最小となるように配置される。
[4.4 Position of Battery 32]
The
[5 コンポーネント群24とバッテリ32のグループ分けの別例]
図2及び図3で示される例とは別のグループ分けも可能である。例えば、図7及び図8で示されるようなグループ分けでも良い。この例において、複数のコンポーネント群24と複数のバッテリ32は、第1グループG1~第4グループG4にグループ分けされている。第1グループG1と第2グループG2は、4つのコンポーネント群24と1つのバッテリ32とを含む。第3グループG3と第4グループG4は、2つのコンポーネント群24と1つのバッテリ32とを含む。
[5 Another Example of Grouping of
Other groupings than the examples shown in FIGS. 2 and 3 are possible. For example, grouping as shown in FIGS. 7 and 8 may be used. In this example, the plurality of
図7及び図8で示される例とは別のグループ分けも可能である。例えば、VTOLロータ20に対応する1つのコンポーネント群24と、1つのクルーズロータ22に対応する1つのコンポーネント群24と、1つのバッテリ32と、が同一グループにまとめられていても良い。
Other groupings than the examples shown in FIGS. 7 and 8 are also possible. For example, one
[6 その他の実施形態]
上記実施形態では、8つのVTOLロータ20と2つのクルーズロータ22を有する航空機10を例にして、電力供給システム23を説明した。しかし、電力供給システム23は、ロータの数が異なる他の航空機10に設けることも可能である。例えば、電力供給システム23は、2つ以上のVTOLロータ20を有する航空機10に設けることも可能である。その場合も同様に、対となる2つのVTOLロータ20に対応する2つのコンポーネント群24と、1つのバッテリ32と、を同一グループにしても良い。また、航空機10がクルーズロータ22を有する場合、1以上のVTOLロータ20に対応する1以上のコンポーネント群24と、クルーズロータ22に対応するコンポーネント群24と、1つのバッテリ32と、を同一グループにしても良い。
[6 Other Embodiments]
In the above embodiment, the
電力供給システム23は、図3及び図8で示される回路以外の回路であっても良い。要するに、上記したような組み合わせで各々のコンポーネント群24が組み合わされていれば良く、電力供給システム23の回路は問わない。
The
なお、本発明は、エンジン44とモータジェネレータ42を有するハイブリッド航空機の他に、エンジン44とモータジェネレータ42を有さない電動航空機にも適用可能である。一例として、図3及び図8で示される回路において、第2平滑コンデンサ38~エンジン44の構成がなくても良い。この場合、必要に応じて各々のスイッチ36を切り替えることで、あるグループのバッテリ32から他のグループへ電力を供給することが可能となる。別例として、図3及び図8で示される回路において、第2平滑コンデンサ38~エンジン44の構成に加えて、各グループのスイッチ36がなくても良い。この場合、各々のグループは、互いに絶縁されている。
It should be noted that the present invention can be applied to an electric aircraft that does not have the
上記実施形態の電力供給システム23は、チルトロータを有する航空機10に対して設けられても良い。
The
[7 実施形態から得られる技術的思想]
上記実施形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
[7 Technical ideas obtained from the embodiment]
Technical ideas that can be grasped from the above embodiments will be described below.
本発明の第1の態様は、
航空機10の揚力と推力の少なくとも一方を発生させるロータと、
前記ロータを回転させる複数の電気コンポーネントからなるコンポーネント群24と、
複数の前記コンポーネント群24に電力を供給するバッテリ32と、
を備える電力供給システム23であって、
前記ロータとして、前記航空機10の垂直方向の移動時に揚力を発生させるVTOLロータ20と、前記航空機10の水平方向の移動時に推力を発生させるクルーズロータ22と、を有し、
前記コンポーネント群24として、前記VTOLロータ20に対応するVTOLコンポーネント群(例えばコンポーネント群24Ra)と、前記クルーズロータ22に対応するクルーズコンポーネント群(例えばコンポーネント群24R1)と、を有し、
前記VTOLコンポーネント群と前記クルーズコンポーネント群は、同じ前記バッテリ32から電力を供給される。
A first aspect of the present invention is
a rotor that generates at least one of lift and thrust for
a
a
A
As the rotors, a
The
The VTOL components and the cruise components are powered by the
VTOLロータ20は、主に垂直離陸時と垂直着陸時に使用される。一方、クルーズロータ22は、主に巡航時に使用される。このため、VTOLロータ20に対応するコンポーネント群24の第1入力電力と、クルーズロータ22に対応するコンポーネント群24の第2入力電力と、の合計値の最大値は、第1入力電力の最大値及び第2入力電力の最大値と比較して大きな差はない。従って、バッテリ32を、VTOLロータ20に対応するコンポーネント群24と、クルーズロータ22に対応するコンポーネント群24と、で共用したとしても、バッテリ32の出力と容量とを大きく増加させる必要はない。こうしたことから、回路の簡素化及びバッテリ32の小型化という観点では、VTOLロータ20に対応するコンポーネント群24と、クルーズロータ22に対応するコンポーネント群24と、バッテリ32と、の組み合わせは適切である。
The
本発明の第2の態様は、
航空機10の揚力と推力の少なくとも一方を発生させるロータと、
前記ロータを回転させる複数の電気コンポーネントからなるコンポーネント群24と、
複数の前記コンポーネント群24に電力を供給するバッテリ32と、
を備える電力供給システムであって、
前記ロータとして、前記航空機10の垂直方向の移動時に揚力を発生させ且つ互いに反力を打ち消しあう2つの第1VTOLロータ(例えばVTOLロータ20Ra、VTOLロータ20Ld)及び2つの第2VTOLロータ(例えばVTOLロータ20La、VTOLロータ20Rd)と、前記航空機10の水平方向の移動時に推力を発生させる第1クルーズロータ(例えばクルーズロータ22R)及び第2クルーズロータ(例えばクルーズロータ22L)と、を有し、
前記コンポーネント群として、2つの前記第1VTOLロータに対応する2つの第1VTOLコンポーネント群(例えばコンポーネント群24Ra、24Ld)と、2つの前記第2VTOLロータに対応する2つの第2VTOLコンポーネント群(例えばコンポーネント群24La、24Rd)と、前記第1クルーズロータに対応する第1クルーズコンポーネント群(例えばコンポーネント群24R1)と、前記第2クルーズロータに対応する第2クルーズコンポーネント群(例えばコンポーネント群24L1)と、を有し、
前記バッテリ32として、第1バッテリ(例えばバッテリ32a)と、第2バッテリ(例えばバッテリ32b)と、を有し、
2つの前記第1VTOLコンポーネント群と前記第1クルーズコンポーネント群は、前記第1バッテリから電力を供給され、2つの前記第2VTOLコンポーネント群と前記第2クルーズコンポーネント群は、前記第2バッテリから電力を供給される。
A second aspect of the present invention is
a rotor that generates at least one of lift and thrust for
a
a
A power supply system comprising
As the rotors, two first VTOL rotors (e.g. VTOL rotor 20Ra, VTOL rotor 20Ld) and two second VTOL rotors (e.g. VTOL rotor 20La , VTOL rotors 20Rd), and a first cruise rotor (e.g.,
As the component groups, two first VTOL component groups corresponding to the two first VTOL rotors (for example, component groups 24Ra and 24Ld) and two second VTOL component groups corresponding to the two second VTOL rotors (for example, component groups 24La , 24Rd), a first cruise component group (eg component group 24R1) corresponding to the first cruise rotor, and a second cruise component group (eg component group 24L1) corresponding to the second cruise rotor. ,
As the
Two of the first VTOL component groups and the first cruise component group are powered by the first battery, and two of the second VTOL component groups and the second cruise component group are powered by the second battery. be done.
上記したように、回路の簡素化及びバッテリ32の小型化という観点では、VTOLロータ20に対応するコンポーネント群24と、クルーズロータ22に対応するコンポーネント群24と、バッテリ32と、の組み合わせは適切である。
As described above, from the viewpoint of simplification of the circuit and miniaturization of the
本発明の第2の態様において、
一方の前記第1VTOLロータ(例えばVTOLロータ20Ra)から前記第1クルーズロータ(例えばクルーズロータ22R)までの長さと他方の前記第1VTOLロータ(例えばVTOLロータ20Ld)から前記第1クルーズロータ(例えばクルーズロータ22R)までの長さとの差(D1)は、一方の前記第1VTOLロータ(例えばVTOLロータ20Ra)から前記第2クルーズロータ(例えばクルーズロータ22L)までの長さと他方の前記第1VTOLロータ(例えばVTOLロータ20Ld)から前記第2クルーズロータ(例えばクルーズロータ22L)までの長さとの差(D2)よりも小さくても良い。
In a second aspect of the invention,
The length from one of the first VTOL rotors (for example, the VTOL rotor 20Ra) to the first cruise rotor (for example, the
上記構成によれば、同一グループ内で2つのコンポーネント群24の距離の偏りが少ない。このため、同一グループ内で配線34の長さの偏りが少ない。従って、バッテリ32を適切な位置に配置することによって、配線34の抵抗差を小さくすることができる。
According to the above configuration, there is little bias in the distance between the two
本発明の第2の態様において、
前記第1バッテリ(例えばバッテリ32a)は、前記第1バッテリから一方の前記第1VTOLロータ(例えばVTOLロータ20Ra)を回転させる前記電気コンポーネント(電動モータ26)までの配線34の長さ(L1)と、前記第1バッテリから他方の前記第1VTOLロータ(例えばVTOLロータ20Ld)を回転させる前記電気コンポーネント(電動モータ26)までの配線34の長さ(L2)と、前記第1バッテリから前記第1クルーズロータ(例えばクルーズロータ22R)を回転させる前記電気コンポーネント(電動モータ26)までの配線34の長さ(L3)の合計値(L1+L2+L3)が、最小となるように配置されても良い。
In a second aspect of the invention,
The first battery (for example,
上記構成によれば、配線34の抵抗差を小さくすることができる。
According to the above configuration, the resistance difference of the
本発明の第1、第2の態様において、
各々の前記コンポーネント群24は、電動モータ26の駆動回路(インバータ28)を有しても良い。
In the first and second aspects of the present invention,
Each of the
本発明の第1、第2の態様において、
前記航空機10は、前方向の移動時に揚力を発生させる翼(前翼14、後翼16)を備えても良い。
In the first and second aspects of the present invention,
The
なお、本発明に係る電力供給システムは、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 It should be noted that the power supply system according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
10…航空機
14…前翼(翼)
16…後翼(翼)
20、20La~20Lb、20Ra~20Rd…VTOLロータ(ロータ、第1VTOLロータ、第2VTOLロータ)
22、22L、22R…クルーズロータ(ロータ、第1クルーズロータ、第2クルーズロータ)
23…電力供給システム
24、24L1、24La~24Ld、24R1、24Ra~24Rd、…コンポーネント群(VTOLコンポーネント群、第1VTOLコンポーネント群、第2VTOLコンポーネント群、クルーズコンポーネント群、第1クルーズコンポーネント群、第2クルーズコンポーネント群)
26…電動モータ(電気コンポーネント)
28…インバータ(電気コンポーネント、駆動回路)
32、32a~32d…バッテリ
34、34a~34d…配線
10...
16... Rear wing (wing)
20, 20La to 20Lb, 20Ra to 20Rd... VTOL rotor (rotor, first VTOL rotor, second VTOL rotor)
22, 22L, 22R... Cruise rotors (rotors, first cruise rotor, second cruise rotor)
23
26... Electric motor (electrical component)
28 ... Inverter (electrical component, drive circuit)
32, 32a-32d...
本発明の第2の態様は、
航空機10の揚力と推力の少なくとも一方を発生させるロータと、
前記ロータを回転させる複数の電気コンポーネントからなるコンポーネント群24と、
複数の前記コンポーネント群24に電力を供給するバッテリ32と、
を備える電力供給システム23であって、
前記ロータとして、前記航空機10の垂直方向の移動時に揚力を発生させ且つ互いに反力を打ち消しあう2つの第1VTOLロータ(例えばVTOLロータ20Ra、VTOLロータ20Ld)及び2つの第2VTOLロータ(例えばVTOLロータ20La、VTOLロータ20Rd)と、前記航空機10の水平方向の移動時に推力を発生させる第1クルーズロータ(例えばクルーズロータ22R)及び第2クルーズロータ(例えばクルーズロータ22L)と、を有し、
前記コンポーネント群として、2つの前記第1VTOLロータに対応する2つの第1VTOLコンポーネント群(例えばコンポーネント群24Ra、24Ld)と、2つの前記第2VTOLロータに対応する2つの第2VTOLコンポーネント群(例えばコンポーネント群24La、24Rd)と、前記第1クルーズロータに対応する第1クルーズコンポーネント群(例えばコンポーネント群24R1)と、前記第2クルーズロータに対応する第2クルーズコンポーネント群(例えばコンポーネント群24L1)と、を有し、
前記バッテリ32として、第1バッテリ(例えばバッテリ32a)と、第2バッテリ(例えばバッテリ32b)と、を有し、
2つの前記第1VTOLコンポーネント群と前記第1クルーズコンポーネント群は、前記第1バッテリから電力を供給され、2つの前記第2VTOLコンポーネント群と前記第2クルーズコンポーネント群は、前記第2バッテリから電力を供給される。
A second aspect of the present invention is
a rotor that generates at least one of lift and thrust for
a
a
A
As the rotors, two first VTOL rotors (e.g. VTOL rotor 20Ra, VTOL rotor 20Ld) and two second VTOL rotors (e.g. VTOL rotor 20La , VTOL rotors 20Rd), and a first cruise rotor (e.g.,
As the component groups, two first VTOL component groups corresponding to the two first VTOL rotors (for example, component groups 24Ra and 24Ld) and two second VTOL component groups corresponding to the two second VTOL rotors (for example, component groups 24La , 24Rd), a first cruise component group (eg component group 24R1) corresponding to the first cruise rotor, and a second cruise component group (eg component group 24L1) corresponding to the second cruise rotor. ,
As the
Two of the first VTOL component groups and the first cruise component group are powered by the first battery, and two of the second VTOL component groups and the second cruise component group are powered by the second battery. be done.
10…航空機
14…前翼(翼)
16…後翼(翼)
20、20La~20Ld、20Ra~20Rd…VTOLロータ(ロータ、第1VTOLロータ、第2VTOLロータ)
22、22L、22R…クルーズロータ(ロータ、第1クルーズロータ、第2クルーズロータ)
23…電力供給システム
24、24L1、24L2、24La~24Ld、24R1、24R2、24Ra~24Rd…コンポーネント群(VTOLコンポーネント群、第1VTOLコンポーネント群、第2VTOLコンポーネント群、クルーズコンポーネント群、第1クルーズコンポーネント群、第2クルーズコンポーネント群)
26…電動モータ(電気コンポーネント)
28…インバータ(電気コンポーネント、駆動回路)
32、32a~32d…バッテリ
34、34a~34d…配線
10...
16... Rear wing (wing)
20, 20La to 20L d , 20Ra to 20Rd ... VTOL rotor (rotor, first VTOL rotor, second VTOL rotor)
22, 22L, 22R... Cruise rotors (rotors, first cruise rotor, second cruise rotor)
23
26... Electric motor (electrical component)
28 ... Inverter (electrical component, drive circuit)
32, 32a-32d...
Claims (6)
前記ロータを回転させる複数の電気コンポーネントからなるコンポーネント群と、
複数の前記電気コンポーネントに電力を供給するバッテリと、
を備える電力供給システムであって、
前記ロータとして、前記航空機の垂直方向の移動時に揚力を発生させるVTOLロータと、前記航空機の水平方向の移動時に推力を発生させるクルーズロータと、を有し、
前記コンポーネント群として、前記VTOLロータに対応するVTOLコンポーネント群と、前記クルーズロータに対応するクルーズコンポーネント群と、を有し、
前記VTOLコンポーネント群と前記クルーズコンポーネント群は、同じ前記バッテリから電力を供給される、電力供給システム。 a rotor that generates at least one of lift and thrust for the aircraft;
a component group consisting of a plurality of electrical components for rotating the rotor;
a battery that powers a plurality of said electrical components;
A power supply system comprising
The rotors include a VTOL rotor that generates lift when the aircraft moves in the vertical direction, and a cruise rotor that generates thrust when the aircraft moves in the horizontal direction,
The component group includes a VTOL component group corresponding to the VTOL rotor and a cruise component group corresponding to the cruise rotor,
A power supply system wherein the VTOL component group and the cruise component group are powered from the same battery.
前記ロータを回転させる複数の電気コンポーネントからなるコンポーネント群と、
複数の前記電気コンポーネントに電力を供給するバッテリと、
を備える電力供給システムであって、
前記ロータとして、前記航空機の垂直方向の移動時に揚力を発生させ且つ互いに反力を打ち消しあう2つの第1VTOLロータ及び2つの第2VTOLロータと、前記航空機の水平方向の移動時に推力を発生させる第1クルーズロータ及び第2クルーズロータと、を有し、
前記コンポーネント群として、2つの前記第1VTOLロータに対応する2つの第1VTOLコンポーネント群と、2つの前記第2VTOLロータに対応する2つの第2VTOLコンポーネント群と、前記第1クルーズロータに対応する第1クルーズコンポーネント群と、前記第2クルーズロータに対応する第2クルーズコンポーネント群と、を有し、
前記バッテリとして、第1バッテリと、第2バッテリと、を有し、
2つの前記第1VTOLコンポーネント群と前記第1クルーズコンポーネント群は、前記第1バッテリから電力を供給され、2つの前記第2VTOLコンポーネント群と前記第2クルーズコンポーネント群は、前記第2バッテリから電力を供給される、電力供給システム。 a rotor that generates at least one of lift and thrust for the aircraft;
a component group consisting of a plurality of electrical components for rotating the rotor;
a battery that powers a plurality of said electrical components;
A power supply system comprising
As the rotors, there are two first VTOL rotors and two second VTOL rotors that generate lift when the aircraft moves vertically and counteract each other's reaction forces, and a first VTOL rotor that generates thrust when the aircraft moves horizontally. a cruise rotor and a second cruise rotor;
The component groups include two first VTOL component groups corresponding to the two first VTOL rotors, two second VTOL component groups corresponding to the two second VTOL rotors, and a first cruise rotor corresponding to the first cruise rotor. a component group and a second cruise component group corresponding to the second cruise rotor;
having a first battery and a second battery as the batteries,
Two of the first VTOL component groups and the first cruise component group are powered by the first battery, and two of the second VTOL component groups and the second cruise component group are powered by the second battery. power supply system.
一方の前記第1VTOLロータから前記第1クルーズロータまでの長さと他方の前記第1VTOLロータから前記第1クルーズロータまでの長さとの差は、一方の前記第1VTOLロータから前記第2クルーズロータまでの長さと他方の前記第1VTOLロータから前記第2クルーズロータまでの長さとの差よりも小さい、電力供給システム。 The power supply system according to claim 2,
The difference between the length from the first VTOL rotor on one side to the first cruise rotor and the length from the first VTOL rotor to the first cruise rotor on the other side is the length from the first VTOL rotor to the second cruise rotor. A power supply system that is less than the difference between the length and the length from the other first VTOL rotor to the second cruise rotor.
前記第1バッテリは、前記第1バッテリから一方の前記第1VTOLロータを回転させる前記電気コンポーネントまでの配線の長さと、前記第1バッテリから他方の前記第1VTOLロータを回転させる前記電気コンポーネントまでの配線の長さと、前記第1バッテリから前記第1クルーズロータを回転させる前記電気コンポーネントまでの配線の長さの合計値が、最小となるように配置される、電力供給システム。 The power supply system according to claim 2,
The first battery has a wiring length from the first battery to the electrical component that rotates one of the first VTOL rotors, and a wiring from the first battery to the electrical component that rotates the other first VTOL rotor. and the length of wiring from said first battery to said electrical component for rotating said first cruise rotor is minimized.
各々の前記コンポーネント群は、電動モータの駆動回路を有する、電力供給システム。 The power supply system according to any one of claims 1 to 4,
A power supply system, wherein each said component group has a drive circuit for an electric motor.
前記航空機は、前方向の移動時に揚力を発生させる翼を備える、電力供給システム。 The power supply system according to any one of claims 1 to 5,
A power supply system, wherein the aircraft comprises wings that generate lift during forward movement.
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